WO2011009834A2 - Geschwindigkeitssensor - Google Patents

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WO2011009834A2
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Wolfgang Jöckel
Thomas Zuccaro
Bernhard Schmid
Stephan Risch
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/36—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00—Details of instruments
    • G01P1/02—Housings
    • G01P1/026—Housings for speed measuring devices, e.g. pulse generator

Definitions

  • the invention relates to a sensor for detecting speeds and its use in motor vehicles, in particular as an optical speed sensor.
  • the invention is based, in particular, on the object of proposing a sensor whose detection principle is based on electromagnetic radiation which operates precisely and / or reliably and / or is relatively inexpensive.
  • the speed sensor is preferably designed as a sensor type, which is also referred to as a speed-over-ground sensor.
  • the radiation emitter element preferably emits electromagnetic radiation and the sensor element preferably detects electromagnetic radiation.
  • the lens of the soil deflecting unit or the pre-optical element or the lens of the soil deflecting unit and the pre-optical element are formed as a liquid lens, in particular with an electrically adjustable focal length.
  • the lens of the soil deflector unit or the pre-optical element or the lens of the dirt repellent purity and the pre-optical element have a liquid crystal layer, which can be controlled in particular as an optical shutter or optical shutter or is designed accordingly.
  • the lens of the soil deflector unit or the pre-optical element or the lens of the soil deflector unit and the pre-optical element are formed as discs and do not focus and do not dissipate the electromagnetic radiation or the light.
  • the sensor unit is preferably designed as a surface-mountable component, SMD, "surface-mounted device”.
  • the radiation emitter element is preferably designed as a laser, which is designed in particular such that it operates according to the self-modulating interference principle, SMI, "seif modulation interference.”
  • SMI self-modulating interference principle
  • reflected portions of the emitted laser beam modulate, in particular, the intrinsic laser power, whereby a velocity measurement
  • the sensor element is particularly preferably not separately formed but part of the laser or the laser itself.
  • the sensor element of the sensor unit is preferably integrated in the radiation emitter element, in particular as a photodiode.
  • the sensor housing preferably has an attachment unit for mounting the entire sensor, as well as a plug unit, the contact pins or contact pins are electrically connected to the lead frame.
  • the soil deflector unit preferably comprises a pipe.
  • This tube is expediently fastened to the sensor housing with a mechanically separable and closable closure, in particular a clip closure and / or at least one snap hook.
  • a disk is expediently arranged opposite the lens, so that no
  • This disc is arranged in particular in the region of the attachment to the sensor housing, for example at least in the first third of the tube length.
  • the tube is formed at least 3 times as long, in particular at least 5 times as long, as the diameter of the lens.
  • the sensor unit preferably comprises an electronic self-test device, which has an additional sensor element for this purpose.
  • the sensor is preferably designed such that the sensor unit comprises at least one laser which emits electromagnetic radiation and which reflects and / or diffuses and / or diffracts electromagnetic radiation from a roadway and / or from objects located thereon.
  • the sensor unit comprises at least one laser which emits electromagnetic radiation and which reflects and / or diffuses and / or diffracts electromagnetic radiation from a roadway and / or from objects located thereon.
  • the sensor is preferably integrated in a motor vehicle and aligned so that it detects the roadway or a roadway cutout, in particular in front of the motor vehicle.
  • the sensor preferably comprises a plurality of lasers directed onto the roadway, which are arranged together in the sensor unit, in which different working distances (focusing) are particularly preferably required depending on the application requirements.
  • the lens is suitably by a suitable
  • the postponed lens directs the beam path in the intended direction, focuses it, determines the working distance and at the same time serves as the cover of the sensor housing.
  • the lens and / or the Vorop- tikelement are formed as a liquid lens.
  • a liquid lens is understood to mean, in particular, an optical lens with an electrically variable focal length.
  • an autofocus function and / or an electrically adjustable working distance is particularly preferably implemented. This working distance can z. B. be dynamically adjusted depending on the loading condition of the vehicle. The working distance measurement can done by an additional functionality of the sensor component.
  • the sensor preferably comprises a self-test function.
  • the sensor has, in particular, an electronic self-test device which, for example, can also be integrated into another or general electronic circuit of the sensor.
  • the sensor particularly additionally additionally has an additional sensor element which is designed and arranged such that it detects the radiation attenuation (loss of intensity) in the sensor housing.
  • the at least one laser as part of the sensor unit, expediently detects the change in the beam path for self-test purposes itself.
  • the complete optical beam path including processing electronics is thus checked.
  • the sensor is expediently of modular construction, the sensor unit, the sensor housing and the dirt deflector unit forming prefabricated modules.
  • the mounting of the sensor can be done with a few individual parts while focusing and adjusting the optics
  • the lens of the soil deflecting unit and / or the pre-optic element are preferred as conventional optical elements or optical lenses formed or alternatively preferably as liquid lenses.
  • an embodiment of the sensor housing with press-in contacts is possible, on which a printed circuit board with SMD sensor, which has one or more lasers (SMI), is mechanically fastened and electrically contacted.
  • the fastening unit can alternatively be designed as a locking element.
  • the plug can alternatively be designed as a cable outlet.
  • the invention also relates to the use of the sensor in motor vehicles, in particular as an optical speed sensor for absolute and relatively precise speed measurement in motor vehicles, particularly preferably as a so-called speed-over-ground sensor.
  • FIG. 2 shows an exemplary sensor housing, an exemplary sensor unit and an exemplary lens of the soil deflector unit, as an isolated sensor
  • 3 shows an exemplary housing part for inserting an exemplary leadframe
  • Fig. 4 shows an example sensor without lens, as well
  • Fig. 5 shows an embodiment of a sensor with a
  • the sensor shown by way of example in FIG. 1 comprises a sensor housing 4 with a plug unit 5 and a fastening unit 6, which are integrally connected to the sensor housing 4.
  • the sensor unit is not shown and arranged under optically non-transmissive lens 3 of the soil deflecting unit, said lens 3 transmits electromagnetic radiation longer wavelength.
  • the lens 3 of the soil deflecting unit, the sensor unit 1 and the sensor housing 4 are shown by way of example.
  • sensor housing 4 a leadframe 9 is inserted.
  • Sensor unit 1 is formed, for example, as an SMD component and has a pre-optical element 2, which is designed as a protective screen.
  • the lens 3 is welded to the sensor housing.
  • Sensor unit 1 also includes a radiation emitter element, not visible in this figure, a sensor element and an electronic evaluation circuit.
  • FIG. 3 shows, by way of example, a metal sleeve 10 and a leadframe 9 for mounting in a sensor housing (not shown).
  • the metal sleeve 10 is placed in a fastening integrated unit, in particular injected into this, and is used for solid attachment of the housing at the installation or in the motor vehicle, while the leadframe of contacting between a plug unit and a sensor unit is used.
  • FIG. 4 illustrates a sensor without imaged lens, in which leadframe 9 is injected into sensor housing 4.
  • Sensor unit 1 is formed as an SMD component and in the sensor housing on the
  • the sensor housing 4 includes a rolled metal sleeve 10 for mounting the sensor at the installation by means of a screw connection. Furthermore, the sensor housing includes a plug unit 5 for electrical contacting.
  • Fig. 5 shows an embodiment of the sensor with a tube 7, made of plastic, as part of the soil deflector unit.
  • This tube 7 is secured by means not shown, releasable mechanical means to the sensor housing 4.
  • the length of the tube is at least three times as large as the diameter of the lens 3.
  • Pipe 7 has a disc 8 as a dirt deflector with respect to the lens 3, which is arranged in the first third of the tube.

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Abstract

Sensor zur Erfassung von Geschwindigkeiten, zumindest umfassend eine Sensoreinheit (1), die ein Strahlungsemitterelement, ein Sensorelement, ein Voroptikelement (2) sowie eine Auswerteschaltung aufweist, ein Sensorgehäuse (4), das einen Leadframe (9) aufweist, sowie eine Schmutzabweisereinheit, die eine Linse (3) umfasst, wobei die Sensoreinheit (1) mit dem Leadframe (9) des Sensorgehäuses (4) elektrisch kontaktiert ist und die Linse (3) der Schmutzabweisereinheit das Sensorgehäuse (4) als Deckel abschließt.

Description

Geschwindigkeitssensor
Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung von Geschwindigkeiten sowie dessen Verwendung in Kraftfahrzeugen, insbesondere als optischer Geschwindigkeitssensor.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zu Grunde, einen Sensor vorzuschlagen, dessen Erfassungsprinzip auf e- lektromagnetischer Strahlung beruht, der präzise und/oder zuverlässig arbeitet und/oder relativ kostengünstig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Sensor gemäß Anspruch 1.
Der Geschwindigkeitssensor ist bevorzugt als ein Sensortyp ausgebildet, der auch als Speed-Over-Ground-Sensor bezeichnet wird.
Das Strahlungsemitterelement emittiert vorzugsweise elektromagnetische Strahlung und das Sensorelement erfasst bevorzugt elektromagnetische Strahlung.
Vorzugsweise sind die Linse der Schmutzabweisereinheit oder das Voroptikelement oder die Linse der Schmutzabweisereinheit und das Voroptikelement als Flüssiglinse ausgebildet, insbesondere mit elektrisch einstellbarer Brennweite.
Es ist bevorzugt, dass die Linse der Schmutzabweisereinheit oder das Voroptikelement oder die Linse der Schmutzabweise- reinheit und das Voroptikelement eine Flüssigkristallschicht aufweisen, die insbesondere als optischer Verschluss bzw. optischer Shutter angesteuert werden kann bzw. entsprechend ausgebildet ist.
Alternativ vorzugsweise sind die Linse der Schmutzabweisereinheit oder das Voroptikelement oder die Linse der Schmutzabweisereinheit und das Voroptikelement als Scheiben ausgebildet und bündeln nicht und zerstreuen nicht die elektromagnetische Strahlung bzw. das Licht.
Die Sensoreinheit ist bevorzugt als oberflächenmontierbares Bauelement, SMD, „surface-mounted device" ausgebildet.
Das Strahlungsemitterelement ist vorzugsweise als Laser ausgebildet, der insbesondere so ausgebildet ist, dass er nach dem selbst-modulierenden Interferenzprinzip, SMI, „seif mo- dulation interference" arbeitet. Insbesondere modulieren dabei reflektierte Anteile des ausgesandten Laserstrahls insbesondere die eigene Laserleistung, wodurch eine Geschwindigkeitsmessung in Abhängigkeit dieser Eigenmodulation erfolgt. Das Sensorelement ist dabei besonders bevorzugt nicht separat ausgebildet sondern Teil des Lasers bzw. der Laser selbst .
Das Sensorelement der Sensoreinheit ist bevorzugt in das Strahlungsemitterelement integriert, insbesondere als Photodiode .
Das Sensorgehäuse weist vorzugsweise eine Befestigungsein- heit zur Befestigung des gesamten Sensors auf, sowie eine Steckereinheit, deren Kontaktstifte bzw. Kontaktpins mit dem Leadframe elektrisch leitend verbunden sind.
Die Schmutzabweisereinheit umfasst bevorzugt ein Rohr. Dieses Rohr ist zweckmäßigerweise mit einem mechanisch trennbaren und schließbaren Verschluss, insbesondere einem Clips- verschluss und/oder wenigstens einem Schnapphaken, am Sensorgehäuse befestigt.
Im Rohr der Schmutzabweisereinheit ist zweckmäßigerweise eine Scheibe gegenüber der Linse angeordnet, damit kein
Schmutz zur Linse vordringen kann. Diese Scheibe ist insbesondere im Bereich der Befestigung am Sensorgehäuse, beispielsweise zumindest im ersten Drittel bezogen auf die Rohrlänge angeordnet.
Es ist bevorzugt, dass das Rohr mindestens 3mal so lang, insbesondere mindestens 5mal so lang, ausgebildet ist, wie der Durchmesser der Linse.
Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise eine elektronische Selbsttesteinrichtung, welche hierzu ein zusätzliches Sensorelement aufweist.
Der Sensor ist bevorzugt so ausgelegt, dass die Sensoreinheit mindestens einen Laser umfasst, der elektromagnetische Strahlung emittiert und die von einer Fahrbahn und/oder von sich darauf befindenden Objekten reflektierte und/oder gestreute und/oder gebeugte elektromagnetische Strahlung wie- - A -
der von der Sensoreinheit erfasst wird, insbesondere durch Eigenmodulation .
Der Sensor ist vorzugsweise in ein Kraftfahrzeug integriert und so ausgerichtet, dass er die Fahrbahn bzw. einen Fahrbahnausschnitt, insbesondere vor dem Kraftfahrzeug, erfasst.
Der Sensor umfasst bevorzugt mehrere auf die Fahrbahn gerichtete Laser, die gemeinsam in der Sensoreinheit angeordnet sind, bei denen besonders bevorzugt je nach Applikationsanforderungen verschiedene Arbeitsabstände (Fokussierung) erforderlich sind.
Die Linse ist zweckmäßigerweise durch ein geeignetes
Schweißverfahren mit dem Sensorgehäuse, welches insbesondere aus Kunststoff ausgebildet ist, verbunden, so dass die Linse über bzw. vor der Sensoreinheit mit einem oder mehreren Strahlengängen platziert ist. Dadurch lenkt die nachplatzierte Linse den Strahlengang in die vorgesehene Richtung, fokussiert diese, bestimmt den Arbeitsabstand und dient gleichzeitig als Deckel des Sensorgehäuses.
Alternativ vorzugsweise sind die Linse und/oder das Vorop- tikelement als Flüssiglinse ausgebildet. Unter einer Flüssiglinse wird insbesondere eine optische Linse mit elektrisch variabler Brennweite verstanden. Damit ist besonders bevorzugt eine Autofokusfunktion und/oder ein elektrisch einstellbarer Arbeitsabstand realisiert. Dieser Arbeitsabstand kann z. B. je nach Beladezustand des Fahrzeugs dynamisch angepasst werden. Die Arbeitsabstandsmessung kann durch eine Zusatzfunktionalität der Sensorkomponente erfolgen .
Der Sensor umfasst bevorzugt eine Selbsttestfunktion. Dafür weist der Sensor insbesondere eine elektronische Selbsttesteinrichtung auf, die beispielsweise auch in eine andere bzw. allgemeine elektronische Schaltung des Sensors integriert sein kann. Außerdem weist der Sensor besonders bevorzugt zusätzlich ein zusätzliches Sensorelement auf, das so ausgebildet und angeordnet ist, dass es im Sensorgehäuse die Strahlungsabschwächung (Intensitätsverlust) erfasst. Der mindestens eine Laser, als Teil der Sensoreinheit, erfasst zweckmäßigerweise die Veränderung im Strahlengang zu Selbsttestzwecken selbst. Bevorzugt wird so der komplette optische Strahlengang inkl. Verarbeitungselektronik überprüft. Mit dieser Selbstestfunktion wird z.B. ein notwendiger Austausch der Schmutzabweisereinheit bzw. des Rohres detektiert und angezeigt. Aufgrund des modularen Aufbaus können dann die Schmutzabweisereinheit bzw. das Rohr gewechselt werden, ohne dass der komplette Sensor getauscht werden muss.
Der Sensor ist zweckmäßigerweise modular aufgebaut, wobei die Sensoreinheit, das Sensorgehäuse sowie die Schmutzabweisereinheit vorgefertigte Module bilden. Dadurch kann beispielsweise die Montage des Sensors mit wenigen Einzelteilen bei gleichzeitiger Fokussierung und Justage der Optik erfolgen
Die Linse der Schmutzabweisereinheit und/oder das Voroptik- element sind bevorzugt als konventionelle optische Elemente bzw. optische Linsen ausgebildet oder alternativ vorzugsweise als Flüssiglinsen.
Alternativ vorzugsweise ist eine Ausführung des Sensorgehäuses mit Einpresskontakten möglich, auf denen eine Leiterplatte mit SMD-Sensor, der einen oder mehrere Laser (SMI) aufweist, mechanisch befestigt und elektrisch kontaktiert wird. Die Befestigungseinheit kann alternativ als Rastelement ausgeführt werden. Der Stecker kann alternativ als Kabelabgang ausgeführt werden.
Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung des Sensors in Kraftfahrzeugen, insbesondere als optischer Geschwindigkeitssensor zur absoluten und relativ präzisen Geschwindigkeitsmessung in Kraftfahrzeugen, besonders bevorzugt als sogenannter Speed-over-Ground-Sensor .
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren.
Es zeigen in schematischer Darstellung Fig. 1 einen beispielhaften Sensor,
Fig. 2 ein beispielhaftes Sensorgehäuse, eine beispielhafte Sensoreinheit und eine beispielhafte Linse der Schmutzabweisereinheit, als vereinzelten Sensor, Fig. 3 ein beispielhaftes Gehäuseteil zum Einlegen eines beispielgemäßen Leadframes,
Fig. 4 einen beispielgemäßen Sensor ohne Linse, sowie
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines Sensors mit einem
Rohr als Teil der Schmutzabweisereinheit.
Der Sensor in Fig. 1 beispielhaft dargestellt, umfasst ein Sensorgehäuse 4 mit einer Steckereinheit 5 und einer Befestigungseinheit 6, die einstückig mit dem Sensorgehäuse 4 verbunden sind. Die Sensoreinheit ist nicht dargestellt und unter optisch nicht durchlässiger Linse 3 der Schmutzabweisereinheit angeordnet, wobei diese Linse 3 elektromagnetische Strahlung längerer Wellenlänge durchlässt.
In Fig. 2 sind beispielgemäß die Linse 3 der Schmutzabweisereinheit, die Sensoreinheit 1 sowie das Sensorgehäuse 4 abgebildet. In Sensorgehäuse 4 ist ein Leadframe 9 eingelegt. Sensoreinheit 1 ist beispielgemäß als SMD-Bauteil ausgebildet und weist ein Voroptikelement 2 auf, das als Schutzscheibe ausgebildet ist. Die Linse 3 ist auf das Sensorgehäuse geschweißt. Sensoreinheit 1 umfasst außerdem ein in dieser Figur nicht sichtbares Strahlungsemitterelement, ein Sensorelement sowie eine elektronische Auswerteschaltung.
In Fig. 3 sind beispielhaft eine Metallhülse 10 sowie ein Leadframe 9 zur Montage in ein nicht dargestelltes Sensorgehäuse dargestellt. Die Metallhülse 10 wird in eine Befesti- gungseinheit integriert, insbesondere in diese eingespritzt, und dient zur soliden Befestigung des Gehäuses am Einbauort bzw. im Kraftfahrzeug, während der Leadframe der Kontaktie- rung zwischen einer Steckereinheit und einer Sensoreinheit dient .
Anhand der Fig. 4 ist beispielhaft ein Sensor ohne abgebildete Linse veranschaulicht, bei welchem Leadframe 9 in Sensorgehäuse 4 eingespritzt ist. Sensoreinheit 1 ist als SMD- Bauteil ausgebildet und in das Sensorgehäuse auf den
Leadframe 9 gelötet. Das Sensorgehäuse 4 beinhaltet eine gerollte Metallhülse 10 zur Befestigung des Sensors am Einbauort mittels einer Schraubverbindung. Ferner beinhaltet das Sensorgehäuse eine Steckereinheit 5 zur elektrischen Kontak- tierung.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Sensors mit einem Rohr 7, aus Kunststoff, als Teil der Schmutzabweisereinheit. Dieses Rohr 7 ist mittels nicht dargestellter, lösbarer, mechanischer Mittel an Sensorgehäuse 4 befestigt. Die Länge des Rohres ist mindestens dreimal so groß wie der Durchmesser der Linse 3. Rohr 7 weist als Schmutzabweiser gegenüber Linse 3 eine Scheibe 8 auf, welche im ersten Drittel des Rohres angeordnet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Sensor zur Erfassung von Geschwindigkeiten, zumindest umfassend eine Sensoreinheit (1), die ein Strahlungsemitterelement, ein Sensorelement, ein Voroptikelement
(2) sowie eine Auswerteschaltung aufweist, ein Sensorgehäuse (4), das einen Leadframe (9) aufweist, sowie eine Schmutzabweisereinheit, die eine Linse (3) umfasst, wobei die Sensoreinheit (1) mit dem Leadframe (9) des Sensorgehäuses (4) elektrisch kontaktiert ist und die Linse
(3) der Schmutzabweisereinheit das Sensorgehäuse (4) als Deckel abschließt.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (3) der Schmutzabweisereinheit oder das Voroptikelement (2) oder die Linse (3) der Schmutzabweisereinheit und das Voroptikelement (2) als Flüssiglinse ausgebildet sind, insbesondere mit elektrisch einstellbarer Brennweite .
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (3) der Schmutzabweisereinheit oder das Voroptikelement (2) oder die Linse (3) der Schmutzabweisereinheit und das Voroptikelement (2) eine Flüssigkristallschicht aufweisen, die insbesondere als optischer Verschluss angesteuert werden kann.
4. Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (1) als o- berflächenmontierbares Bauelement ausgebildet ist.
5. Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsemitterelement als Laser ausgebildet ist, der insbesondere so ausgebildet ist, dass er nach dem selbst-modulierenden-
Interferenz-Prinzip arbeitet.
6. Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (4) eine Befestigungseinheit (6, 10) zur Befestigung des gesamten Sensors aufweist, sowie eine Steckereinheit (5) , deren Kontaktstifte mit dem Leadframe (9) elektrisch leitend verbunden sind.
7. Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmutzabweisereinheit ein Rohr (7) umfasst.
8. Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (7) mit einem mechanisch trennbaren und schließbaren Verschluss, insbesondere einem Clipsverschluss und/oder wenigstens einem Schnapphaken, am Sensorgehäuse
(4) befestigt ist.
9. Sensor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Rohr (7) eine Scheibe (8) gegenüber der Linse
(3) der Schmutzabweisereinheit angeordnet ist.
10. Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (1) eine elektronische Selbsttesteinrichtung umfasst, welche hierzu ein zusätzliches Sensorelement aufweist.
11. Verwendung des Sensors nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 in Kraftfahrzeugen, insbesondere als optischer Geschwindigkeitssensor.
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